23 fakty na temat stresu związanego z obręczą: kompletny przewodnik dla początkujących

W tym artykule temat „stres w kółko” z 23 faktami na temat stresu w kółko zostanie omówiony w krótkiej części. W promieniu zewnętrznym lub w części promienia wewnętrznego obręczy rury naprężenie pozostaje maksymalne.

Obliczenie naprężenia obwodowego jest oszacowaniem naprężenia, które działa na naczynie ciśnieniowe o cienkim obwodzie. Aby oszacować naprężenie obręczy w kuli w kilku krokach. Kroki są wymienione poniżej,

  • Na początku procesu należy pomnożyć średnicę wewnętrzną placu i ciśnienie wewnętrzne.
  • W kolejnym kroku wypadkową należy podzielić czterokrotnie przez grubość skorupy.
  • W końcowej fazie wynik należy podzielić przez sprawność połączenia.
stres obręczy
Obraz – Składniki naprężenia obręczy; Kredyt obrazu – Wikipedia

Co to jest stres obręczy?

Naprężenie obwodowe można wyjaśnić jako naprężenie, które jest wytwarzane dla gradientu ciśnienia wokół granic rury. Maksymalna wielkość naprężenia obwodowego występuje w promieniu zewnętrznym i promieniu wewnętrznym rury. Naprężenie obręczy zależy od sposobu gradient ciśnienia.

Powodem naprężenia obwodowego jest to, że gdy cylinder znajduje się pod ciśnieniem wewnętrznym, jest to dwukrotność naprężenia wzdłużnego. W rurze połączenia naprężeń wzdłużnych są dwa razy większe niż połączenia obwodowe. Jeżeli ciśnienie zostanie przyłożone równomiernie do rury, wówczas naprężenie obwodowe na całej długości rury będzie równomierne.

450px Paski z kutego żelaza Most kolejowy Chepstow
Wizerunek - Żeliwo filar mostu kolejowego Chepstow, 1852 r. Obręcze z kutego żelaza łączone na sworznie (mocniejsze na rozciąganie niż żeliwne) wytrzymują naprężenia obręczy; Kredyt obrazu – Wikipedia

Co to jest naprężenie obręczy w naczyniu ciśnieniowym?

Naprężenie obwodowe w zbiorniku ciśnieniowym działa prostopadle do kierunku do osi. Naprężenia obwodowe są na ogół rozciągające. Naprężenie obręczy pojawia się, aby oprzeć się efektowi rozerwania spowodowanego przyłożeniem ciśnienia.

Matematycznie można zapisać naprężenie obręczy w naczyniu ciśnieniowym:

σθ = PDm/2t

Gdzie,

σθ = Naprężenie obręczy

P = Ciśnienie wewnętrzne naczynia ciśnieniowego

Dm= Średnia średnica naczynia ciśnieniowego

t = Grubość ścianki naczynia ciśnieniowego

W przypadku cienkościennego naczynia ciśnieniowego grubość przyjmuje się jako jedną dziesiątą promienia naczynia, nie większą niż jego.

W systemie Cal – funt – druga jednostka ciśnienia wewnętrznego naczynia ciśnieniowego wyrażona jako stawy – siła na cal kwadratowy, jednostką Średnia średnica naczynia ciśnieniowego to cale, jednostką grubości ścianki naczynia ciśnieniowego cale i, W układzie jednostka SI dla ciśnienia wewnętrznego zbiornika ciśnieniowego wyraża się jako Pascal, a jednostką dla średniej średnicy zbiornika ciśnieniowego jest metr, jednostka grubości ścianki zbiornika ciśnieniowego metr.

Co to jest naprężenie obwodowe w rurociągach?

Naprężenia obwodowe w rurociągach można wyjaśnić jako naprężenie w ściance rury działającej obwodowo w profilu prostopadłym do osi wzdłużnej rury i narastające przez naprężenie płynnej substancji w rurze.

Naprężenie obwodowe jest właściwie funkcją, która ma na celu oddzielne naprężenie rury w kierunku obwodowym, przy czym naprężenie wytwarzane jest na ściance rury przez wewnętrzne ciśnienie rury przez gaz ziemny lub inny płyn.

Stres obręczy zwiększa średnicę rury, natomiast naprężenie wzdłużne wzrasta wraz z długością rury. Naprężenie obwodowe generowane, gdy cylinder jest pod ciśnieniem wewnętrznym, jest dwukrotnie większe niż naprężenie wzdłużne.

Formuła stresu obręczy:

Wzór Barlowa służy do oszacowania naprężenia obwodowego dla odcinka ścianki rury.

Wzór na naprężenie obręczy można zapisać jako:

 σθ = PD/2t

Gdzie,

σθ = Naprężenie obręczy

P = Ciśnienie wewnętrzne rury

D = Średnica rury

t = Grubość rury

W jednostce SI P (ciśnienie wewnętrzne rury) wyraża się w paskalach, jednostką D (średnicy rury) jest metr, jednostką t (grubość ścianki rury) jest metr. W systemie Cal – funt – druga jednostka, P (ciśnienie wewnętrzne rury) wyraża się stawami – siła na cal kwadratowy, a jednostką D (średnicy rury) są cale, jednostką t (grubość ścianki) rury) to cale.

Wzór naprężeń obręczy dla grubego cylindra:

Styczny naprężenia i promieniowe naprężenie w butli z rurami grubościennymi lub butli z ciśnieniem wewnętrznym, ciśnieniem zewnętrznym z zamkniętymi końcami.

Wzór naprężeń obręczy w przypadku grubego cylindra o trzech przekrojach. Poniżej wymieniono trzy sekcje,

  • Naprężenie obwodowe w kierunku osiowym
  • Naprężenie obręczy w kierunku obwodowym
  • Naprężenie obręczy w kierunku promieniowym

Naprężenie obręczy w kierunku osiowym:-

Naprężenie obwodowe w kierunku osiowym w określonym punkcie ścianki cylindra lub rury można zapisać jako:

gif

Gdzie,

σa= Naprężenie obwodowe w kierunku osiowym i jednostka to MPa, psi.

pi = Ciśnienie wewnętrzne butli lub rury i jednostki wynosi MPa, psi.

ri = Wewnętrzny promień cylindra lub rury i jednostki wynosi mm, cale.

po = Ciśnienie zewnętrzne butli lub rury i jednostki wynosi MPa, psi.

ro = Promień zewnętrzny cylindra lub rury i jednostki wynosi mm, cale.

Naprężenie obręczy w kierunku obwodowym:-

Naprężenie obwodowe w określonym punkcie ścianki cylindra lub rury można zapisać jako:

gif

Gdzie,

σc = Naprężenie obwodowe w kierunku obwodu i jednostka to MPa, psi.

pi = Ciśnienie wewnętrzne butli lub rury i jednostki wynosi MPa, psi.

ri = Wewnętrzny promień cylindra lub rury i jednostki wynosi mm, cale.

po = Ciśnienie zewnętrzne butli lub rury i jednostki wynosi MPa, psi.

ro = Promień zewnętrzny cylindra lub rury i jednostki wynosi mm, cale.

r = Promień cylindra lub rury i jednostka to mm, cale (ri < r < ro)

Maksymalne naprężenie obręczy cylindra lub rury wynosi ri = r

Naprężenie obręczy w kierunku promieniowym:-

Naprężenie obwodowe w kierunku promieniowym w określonym punkcie ścianki cylindra lub rury można zapisać jako:

gif

Gdzie,

σr = Naprężenie obwodowe w kierunku promieniowego obwodu i jednostka to MPa, psi.

pi = Ciśnienie wewnętrzne butli lub rury i jednostki wynosi MPa, psi.

ri= Wewnętrzny promień cylindra lub rury i jednostki wynosi mm, cale.

po = Ciśnienie zewnętrzne butli lub rury i jednostki wynosi MPa, psi.

ro = Promień zewnętrzny cylindra lub rury i jednostki wynosi mm, cale.

Wzór naprężeń obręczy dla rury:

Wzór Barlowa służy do oszacowania naprężenia obwodowego dla odcinka ścianki rury.

Wzór na naprężenie obręczy można zapisać jako:

σθ = PD/2t}

Gdzie,

σθ] = Naprężenie obręczy

P = Ciśnienie wewnętrzne rury

D = Średnica rury

t = Grubość rury

W jednostce SI P (ciśnienie wewnętrzne rury) wyraża się w paskalach, jednostką D (średnicy rury) jest metr, jednostką t (grubość ścianki rury) jest metr.

W systemie Cal – funt – druga jednostka, P (ciśnienie wewnętrzne rury) wyraża się stawami – siła na cal kwadratowy, a jednostką D (średnicy rury) są cale, jednostką t (grubość ścianki) rury) to cale.

Wzór naprężeń obręczy dla kuli:

Wzór naprężeń obwodowych dla kuli omówiono w poniższej sekcji,

  • Wzór naprężeń obwodowych dla kuli w sekcji cienkościennej
  • Wzór naprężeń obwodowych dla kuli w sekcji grubościennej
  • Wzór naprężeń obwodowych dla kuli w sekcji grubościennej (Tylko dla ciśnienia wewnętrznego)
  • Wzór naprężeń obwodowych dla kuli w sekcji grubościennej (Tylko dla ciśnienia zewnętrznego)

Wzór naprężeń obwodowych dla kuli w przekroju cienkościennym:-

Cienkościenne części sferycznej rurki lub cylindra, na które działa zarówno ciśnienie wewnętrzne, jak i zewnętrzne, można wyrazić jako:

Pr/2t

Wzór naprężeń obwodowych dla kuli w przekroju grubościennym:-

Grubościenne części sferycznej rury i cylindra, na które działało zarówno ciśnienie wewnętrzne, jak i zewnętrzne, można wyrazić jako:

gif

Wzór naprężeń obwodowych dla kuli w przekroju grubościennym (tylko dla ciśnienia wewnętrznego):-

Grubościenne części rury i cylindra, na które działa tylko ciśnienie wewnętrzne, można wyrazić jako:

gif

Wzór naprężeń obwodowych dla kuli w przekroju grubościennym (Tylko dla ciśnienia zewnętrznego):-

Grubościenne części rury i cylindra, na które działa tylko ciśnienie zewnętrzne, można wyrazić jako,

gif

Gdzie,

σh = Naprężenie obręczy i jednostka to MPa, psi.

P = Rozważane ciśnienie, a jednostką jest MPa, psi.

pi = Ciśnienie wewnętrzne butli lub rury i jednostki wynosi MPa, psi.

ri = Wewnętrzny promień cylindra lub rury i jednostki wynosi mm, cale.

po = Ciśnienie zewnętrzne butli lub rury i jednostki wynosi MPa, psi.

ro = Promień zewnętrzny cylindra lub rury i jednostki wynosi mm, cale.

r = Promień cylindra lub rury i jednostki to mm, cale.

t = Grubość ścianki butli lub rury i jednostki wynosi mm, cale.

Wzór naprężeń obręczy dla walca stożkowego:

Wzór naprężeń obręczy dla walca stożkowego można wyrazić dla dwóch warunków. Warunki są wymienione poniżej,

  • Gdy płynna substancja pozostaje na powierzchni poniżej y (y < d)
  • Gdy płynna substancja pozostaje na powierzchni powyżej y lub równej y (y > d, y = d)

Przypadek: 1: Gdy ciekła substancja pozostaje na powierzchni poniżej y (y < d):-

Naprężenie południkowe:

σ1 = δytanα/2tcosα (d-2y/3)

Naprężenie obręczy lub naprężenie obwodowe:

gif

Przemieszczenie promieniowe obwodu :

gif

Zmiana wysokości wymiaru y:

gif

Wyprowadzenie południka ze stanu nieobciążonego:

gif

Przypadek: 2: Gdy ciekła substancja znajduje się na powierzchni powyżej y lub równej y (y > d, y = d):-

Naprężenie południkowe:

gif

Naprężenie obręczy lub naprężenie obwodowe:

σ2 = 0

Przemieszczenie promieniowe obwodu:

gif

Zmiana wysokości wymiaru y:

gif

Wyprowadzenie południka ze stanu nieobciążonego:

gif

Gdzie,

σ1 = Naprężenie obręczy i jednostka to funty/cal2

σ2 = Naprężenie obręczy i jednostka to funty/cal2

E = moduł sprężystości i jednostka lbs/cal2

ψ = Wyłączenie południka ze stanu nieobciążonego.

v = współczynnik Poissona i jest to jednostka mniejsza.

Δ= Gęstość cieczy i jednostka to funty/cal3

d = Poziom napełnienia cieczą i jednostka jest włączona.

t = jednostka grubości ścianki jest w calach.

α = Kąt i stopień jednostki.

y = Wskazuje poziom stożka, w którym znajduje się jednostka.

Wyprowadzanie wzoru naprężenia obręczy:

Innym określeniem cylindrycznej rury jest zbiornik ciśnieniowy. W różnych dziedzinach inżynierii stosowane są zbiorniki ciśnieniowe, takie jak kotły, butle LPG, zbiorniki odzysku powietrza i wiele innych.

Wyprowadzenie wzoru naprężenia obręczy:-

Pęknięcie powłoki cylindrycznej nastąpi, jeśli siła wywołana wewnętrznym ciśnieniem płynu będzie większa niż siła oporu spowodowana naprężeniem obwodowym lub naprężeniem obwodowym powstałym w ściance powłoki cylindrycznej.

Rozważmy pojęcia, które wyjaśniają wyrażenie na naprężenie obwodowe lub naprężenie obwodowe wytwarzane w ściance rury cylindrycznej.

P = Wewnętrzne ciśnienie płynu cylindrycznej rury

t = Grubość rury cylindrycznej

L= Długość rury cylindrycznej

d = Średnica wewnętrzna cienkiej rury cylindrycznej

σH = Naprężenie obwodowe lub naprężenie obwodowe wytwarzane w ściance cylindrycznej rury

Siła wytwarzana dla wewnętrznego ciśnienia płynu = Obszar, w którym działa ciśnienie płynu * Wewnętrzne ciśnienie płynu cylindrycznej rurki

Wytwarzana siła dla wewnętrznego ciśnienia płynu = (dx L) x P

Wytwarzana siła dla wewnętrznego ciśnienia płynu = P xdx L …….eqn (1)

Siła wypadkowa z powodu naprężenia obwodowego lub naprężenia obwodowego = σH x 2Lt …….równ. (2)

Z …….eqn (1) i eqn (2) możemy napisać,

Siła wytwarzana dla wewnętrznego ciśnienia płynu = Siła wynikowa z powodu naprężenia obwodowego lub naprężenia obwodowego

P xdx L = σH x 2 litry

σH= Pd/2t

Jak obliczyć naprężenie obręczy?

Aby obliczyć naprężenie obręczy dla ciała kulistego, kroki są wymienione poniżej:

  • Na początku procesu należy pomnożyć średnicę wewnętrzną placu i ciśnienie wewnętrzne.
  • W kolejnym kroku wypadkową należy podzielić czterokrotnie przez grubość skorupy.
  • W końcowej fazie wynik należy podzielić przez sprawność połączenia.

Jak obliczyć naprężenie obwodowe w rurze?

Aby obliczyć naprężenie obwodowe wystarczy pomnożyć średnicę wewnętrzną (mm) rury przez ciśnienie wewnętrzne (MPa) rury, a następnie tę wartość podzielić przez grubość (mm) rury przez 2.

Wzór na oszacowanie naprężenia obwodowego w rurze to:

Naprężenie obręczy = Średnica wewnętrzna x Ciśnienie wewnętrzne/2 x Grubość

Matematycznie stres obręczy można zapisać jako:

σθ= PD/2t

Gdzie,

σθ = Naprężenie obręczy

P = Ciśnienie wewnętrzne

D = Średnica rury

t = Grubość rury

Jak obliczyć naprężenie obwodowe cylindra?

Stres obręczy można wytłumaczyć jako; średnia objętość siły jest stosowana w jednostce miejsca. Naprężenie obwodowe to pojemność przykładana obwodowo w obie strony na każdą cząstkę w ściance cylindra.

Wzór na oszacowanie naprężenia obwodowego cylindra to:

Naprężenie obręczy = Średnica wewnętrzna x Ciśnienie wewnętrzne/2 x Grubość

Matematycznie stres obręczy można zapisać jako:

σθ = PD/2t

Gdzie,

σθ = Naprężenie obwodowe w kierunku obu jednostek to MPa, psi.

P = Ciśnienie wewnętrzne rury i jednostki to MPa, psi.

D = Średnica rury i jednostka to mm, cale.

t = Grubość rury i jednostki wynosi mm, cale.

Naprężenie obwodowe a naprężenie promieniowe:

Główna różnica między naprężeniem obwodowym a naprężeniem promieniowym została opisana w poniższej sekcji,

Stres obręczyNaprężenie promieniowe
Stres obręczy można wytłumaczyć jako; średnia objętość siły jest stosowana w jednostce miejsca. Naprężenie obwodowe to pojemność przykładana obwodowo w obie strony na każdą cząstkę w ściance cylindra.  Naprężenie promieniowe można wytłumaczyć jako; naprężenie występuje w kierunku lub od osi środkowej komponentu.
Matematycznie stres obręczy można zapisać jako:
σh= PD/2t
Gdzie,
P = Ciśnienie wewnętrzne rury i jednostki to MPa, psi.
D = Średnica rury i jednostka to mm, cale.
t = Grubość rury i jednostki wynosi mm, cale.  
Matematycznie naprężenie promieniowe można zapisać jako:
gif Gdzie,
σr= Naprężenie promieniowe i jednostka to MPa, psi.
pi = Ciśnienie wewnętrzne butli lub rury i jednostki wynosi MPa, psi.
ri = Wewnętrzny promień cylindra lub rury i jednostki wynosi mm, cale.
po = Ciśnienie zewnętrzne butli lub rury i jednostki wynosi MPa, psi.
ro = Promień zewnętrzny cylindra lub rury i jednostki wynosi mm, cale.
r = Promień cylindra lub rury i jednostki to mm, cale.
 
Naprężenie obwodowe jest zwykle znacznie większe w przypadku zbiorników ciśnieniowych, a więc w przypadku elementów cienkościennych naprężenie promieniowe jest zwykle pomijane.Naprężenie promieniowe dla grubościennego cylindra jest równe i przeciwne do nadciśnienia na powierzchni wewnętrznej i zero na powierzchni zewnętrznej.

Naprężenie obwodowe a naprężenie osiowe:

Główna różnica między naprężeniem obwodowym a naprężeniem osiowym została opisana w poniższej sekcji,

Stres obręczyNaprężenie osiowe
Naprężenie obwodowe lub naprężenie styczne to naprężenie wokół obwodu rury spowodowane gradientem ciśnienia. Maksymalne naprężenie obwodowe występuje zawsze na promieniu wewnętrznym lub zewnętrznym w zależności od kierunku gradientu ciśnienia.Naprężenie osiowe opisuje wielkość siły na jednostkę powierzchni przekroju, która działa w kierunku wzdłużnym belki lub osi. Naprężenie osiowe może powodować ściskanie, wyboczenie, wydłużenie lub uszkodzenie członka.
Matematycznie stres obręczy można zapisać jako: σh= PD/2tMatematycznie naprężenie osiowe można zapisać jako,
σa = F/A = Pd2/(d + 2t)2 - d2 
Naprężenie obwodowe nie jest naprężeniem ścinającym.Naprężenie osiowe to naprężenie ścinające.

Naprężenie obręczy a naprężenie styczne:

Główna różnica między naprężeniem obwodowym a naprężeniem stycznym jest opisana w poniższej sekcji,

Stres obręczyStyczny stresPołączenia stres w kółko działa naczynie ciśnieniowe prostopadle do kierunku do osi. Naprężenia obwodowe są na ogół rozciągające. Naprężenie obręczy pojawia się, aby oprzeć się efektowi rozerwania spowodowanego przyłożeniem ciśnienia.  Gdy kierunek siły odkształcającej lub siły zewnętrznej jest równoległy do ​​pola przekroju poprzecznego, naprężenie doświadczane przez obiekt nazywa się naprężeniem stycznym.
Naprężenie obwodowe nie jest naprężeniem ścinającym.Naprężenie styczne to naprężenie ścinające.

Naprężenie obręczy a granica plastyczności:

Główna różnica między naprężeniem obwodowym a granicą plastyczności została opisana w poniższej sekcji,

Stres obręczyGranica plastyczności
Naprężenie obręczy definiuje się jako naprężenie materiału rury styczne do rury. W prawidłowo podpartej okrągłej rurze zawierającej płyn pod ciśnieniem największym naprężeniem rozciągającym jest naprężenie obwodowe.  Naprężenie plastyczności definiuje się jako, granica plastyczności lub granica plastyczności jest właściwością materiału zdefiniowaną jako naprężenie, przy którym materiał zaczyna odkształcać się plastycznie, podczas gdy granica plastyczności to punkt, w którym rozpoczyna się odkształcenie nieliniowe (sprężyste + plastyczne).  

Czy naprężenie obręczy jest naprężeniem ścinającym?

Nie, naprężenie obwodowe lub obwodowe nie jest naprężeniem ścinającym. W teorii zbiornika ciśnieniowego każdy element ściany jest oceniany w trójosiowym układzie naprężeń, z trzema głównymi naprężeniami: obręczą, wzdłużną i promieniową. Dlatego z definicji nie występują naprężenia ścinające na płaszczyznach poprzecznych, stycznych ani promieniowych.

Czy naprężenie obręczy jest rozciągane?

Stres obręczy można wytłumaczyć jako; naprężenie rozwija się wzdłuż obwodu rury, gdy działa ciśnienie.

Tak, naprężenie obręczy jest rozciągające iz tego powodu kute żelazo jest dodawane do różnych materiałów i ma lepszą wytrzymałość na rozciąganie w porównaniu do żeliwa. Naprężenie obręczy działa prostopadle do kierunku osi. Naprężenia obręczy są rozciągające i opracowane w celu ochrony przed efektem pękania, który pojawia się w wyniku ruchu ciśnienia.

Czy stres obręczy jest głównym stresem?

Tak, naprężenie obręczy jest głównym naprężeniem. Aby oszacować naprężenie wzdłużne, należy wykonać cięcie w poprzek cylindra podobne do analizy kulistego naczynia ciśnieniowego. Forma uszkodzenia w rurach jest uzależniona od wielkości naprężeń w rurze. 

Jeśli pęknięcie powoduje awarię, oznacza to, że naprężenie obręczy jest kluczem do naprężenia podstawowego i nie ma żadnego innego obciążenia zewnętrznego.

Czy stres obręczy jest normalnym stresem?

Tak, naprężenie obręczowe lub naprężenie obwodowe to normalne naprężenie w kierunku stycznym. Naprężenie określa się jako naprężenie normalne, gdy kierunek siły odkształcającej jest prostopadły do ​​pola przekroju poprzecznego ciała. Długość drutu lub objętość zmian w ciele Naprężenie będzie normalne.

Jak zredukować stres związany z obręczą?

Metoda polegająca na zmniejszeniu naprężeń obręczy polega na kontrolowaniu mocnego drutu wykonanego ze stali pod napięciem przez ściany cylindra, aby skurczyć jeden cylinder na drugim.

Najbardziej wydajną metodą jest zastosowanie podwójnego rozszerzania na zimno z dużym wciskiem oraz ściskania osiowego z odkształceniem równym 0.5%. Ta technika pomaga zmniejszyć bezwzględną wartość naprężeń szczątkowych obręczy o 58% i zmniejszyć naprężenia promieniowe o 75%.

Wnioski:

  • Naprężenie normalne w horyzoncie kierunku stycznego powierzchni walca.
  • Stres obręczy zwany również stresem obwodowym.
  • Stres obręczy działa wzdłuż φ.